供热规划建筑冷热负荷分析研究

摘要：本文旨在深入探讨区域供热规划中冷热负荷调研分析计算的重要性、方法与实践。通过对冷热负荷调研的全面阐述，详细介绍了各种计算方法，包括稳态计算法和动态计算法，并结合实际案例分析了不同计算方法的应用效果。强调了准确的冷热负荷调研分析计算对于区域供热规划科学性、合理性的关键作用，为相关领域的工程实践和研究提供了有价值的参考。

关键词：供热规划；冷热负荷；稳态计算法；动态计算法；

一、引言

随着城市化进程的加速和人们对生活品质要求的提高，区域供热系统在城市能源供应和环境保护方面发挥着越来越重要的作用。在区域供热规划过程中，冷热负荷的调研分析计算是核心环节之一。准确地确定区域内的冷热负荷需求，不仅关系到供热系统的规模、设备选型和投资成本，还直接影响到系统的运行效率、能源消耗以及对环境的影响。因此，深入研究冷热负荷调研分析计算方法，对于保障区域供热系统的科学规划和高效运行具有重要意义。

二、冷热负荷调研的内容与方法

（一）调研内容

①建筑信息：包括建筑类型（住宅、商业、工业等）、建筑面积、建筑层数、建筑年代、建筑结构等。②用能设备：了解建筑内各类用能设备的使用情况，如空调、供暖设备、热水供应设备等。③人员活动：对于公共建筑，人员的数量、活动规律以及室内人员密度等因素对冷热负荷有显著影响。④气象数据：收集当地历年的气象数据，如室外温度、湿度、风速、太阳辐射等。

（二）调研方法

①实地调研：对区域内的建筑进行实地走访，与建筑物业主、管理人员或用户进行沟通，获取建筑的基本信息和用能情况。②问卷调查：设计详细的调查问卷，向建筑用户发放，收集关于建筑使用情况、用能设备和人员活动等方面的信息。③查阅资料：查阅当地的城市规划资料、建筑设计图纸、能源统计数据等，获取相关的建筑和用能信息。

三、冷热负荷计算方法

（一）稳态计算法

1.供暖负荷计算：稳态计算法中，供暖负荷通常采用热指标法进行估算。热指标是指单位建筑面积在单位温差下的供暖热负荷，其取值与建筑类型、围护结构保温性能等因素有关。计算公式为：

其中，为供暖负荷（W），为供暖热指标（W/㎡），A为建筑面积（m2），为室内设计温度（℃），为室外供暖计算温度（℃）。

2.空调冷负荷计算：空调冷负荷的稳态计算方法主要有冷负荷系数法和谐波反应法。以冷负荷系数法为例，其计算步骤如下：①根据建筑的围护结构、朝向等因素确定各项冷负荷的计算参数；②分别计算外墙、屋顶、外窗等围护结构传入室内的冷负荷，以及室内人员、设备、照明等产生的冷负荷；③将各项冷负荷进行叠加得到总空调冷负荷。

（二）动态计算法

1.原理：动态计算法考虑了建筑围护结构的蓄热性能以及室外气象参数随时间的变化，能够更准确地反映建筑在不同时刻的冷热负荷需求。常用的动态计算方法有传递函数法和反应系数法，它们都是基于建筑热平衡原理，通过建立数学模型来模拟建筑的热过程。

2.软件应用：在实际工程中，常借助专业的建筑能耗模拟软件来进行动态负荷计算，如DeST、EnergyPlus等。通过模拟分析，可以直观地了解建筑在全年不同时段的冷热负荷分布情况，为供热系统的优化设计和运行调控提供依据［2］。

四、冷热负荷计算案例分析

（一）案例背景

某城市新区规划建设一个综合性的商业区，包括购物中心、写字楼、酒店等多种建筑类型。为了合理规划区域供热系统，需要对该区域的冷热负荷进行准确计算。

（二）计算过程

1.调研数据收集：通过实地调研、问卷调查和查阅资料等方式，收集了该区域内各类建筑的详细信息，包括建筑面积、建筑结构、围护结构保温性能、用能设备类型和功率等。同时，获取了当地近20年的气象数据，包括逐时的室外温度、湿度、太阳辐射等。

2.稳态计算结果：采用热指标法和冷负荷系数法进行稳态计算。根据不同建筑类型的特点，选取了相应的热指标和冷负荷计算参数。

3.动态计算结果：利用EnergyPlus软件进行动态负荷计算。将收集到的建筑和气象数据输入软件，进行全年8760小时的动态模拟。模拟结果表明，该商业区的冷热负荷在不同季节和不同时段存在较大差异。例如，夏季空调冷负荷主要集中在白天，而冬季供暖负荷在夜间和清晨相对较高。同时，通过动态模拟还发现了一些建筑节能潜力较大的环节，如部分建筑的围护结构保温性能有待提高。

（三）结果分析与比较

将稳态计算结果和动态计算结果进行对比分析。发现稳态计算结果相对较为保守，最大冷热负荷值略高于动态计算结果。这是因为稳态计算法没有考虑建筑围护结构的蓄热性能和气象参数的动态变化，导致计算结果偏于安全。而动态计算法能够更真实地反映建筑的实际冷热负荷需求，为供热系统的设计和运行提供了更准确的依据。在实际工程中，应根据项目的具体情况，合理选择冷热负荷计算方法，以确保区域供热规划的科学性和经济性。

五、冷热负荷调研分析计算对区域供热规划的影响

（一）供热系统规模确定

准确的冷热负荷计算结果是确定区域供热系统规模的关键依据。如果冷热负

荷估算过大，会导致供热系统设备选型偏大，增加投资成本和运行能耗；反之，如果冷热负荷估算过小，供热系统将无法满足用户的需求，影响供热质量。因此，通过科学的冷热负荷调研分析计算，能够合理确定供热系统的热源容量、管网管径和换热设备规模，实现供热系统的经济合理配置。

（二）能源选择与利用

冷热负荷的分布特性和变化规律对于区域供热系统的能源选择和利用方式具有重要影响。例如，对于负荷相对稳定、全年用热需求较大的区域，可以优先考虑采用集中供热方式，利用大型热电联产机组或区域锅炉房作为热源；而对于负荷波动较大、部分时段用热需求较小的区域，可以结合分布式能源系统，如燃气壁挂炉、地源热泵等，实现能源的高效利用和灵活供应。

（三）投资效益分析

冷热负荷调研分析计算结果是进行投资效益分析的重要基础。通过准确计算冷热负荷，能够合理预测供热系统的运行成本和收益，评估项目的投资回收期、内部收益率等经济指标，为项目的决策提供科学依据。同时，还可以通过敏感性分析，为项目的风险评估和应对措施制定提供参考。

六、结论

冷热负荷调研分析计算在区域供热规划中占据着核心地位。通过全面深入的调研，运用科学合理的计算方法，能够准确确定区域内的冷热负荷需求，为区域供热系统的科学规划、设备选型、能源利用和投资效益分析提供坚实的基础。在实际工程中，应不断完善冷热负荷调研方法和计算技术，结合先进的建筑能耗模拟软件，提高冷热负荷计算的准确性和可靠性。同时，要充分考虑冷热负荷的动态变化特性，优化供热系统的设计和运行调控，实现区域供热系统的高效、节能和可持续发展。随着能源技术的不断进步和城市建设的快速发展，冷热负荷调研分析计算将面临更多的挑战和机遇，需要相关领域的研究人员和工程技术人员不断探索和创新，为区域供热事业的发展做出更大的贡献［3］。

参考文献

[1]《供热工程》（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[2]龙洋波.几种常见空调负荷动态计算方法介绍[J].制冷与空调，2005增刊：69-71.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》[M].北京：中国建筑工业出版社，2012.